《工程材料力学性能》1231231321321321课后答案

第一章材料单向静拉伸载荷下的力学性能

一、解释下列名词

包申格效应：指原先经过少量塑性变形，卸载后同向加载，弹性极限(σP)或屈服强度(σS)增加；反向加载时弹性极限(σP)或屈服强度(σS)降低的现象。

度。是一个强度与塑性的综合指标，是表示静载下材料强度与塑性的最佳配合。（一）影响屈服强度的内因素

1．金属本性和晶格类型（结合键、晶体结构）

单晶的屈服强度从理论上说是使位错开始运动的临界切应力，其值与位错运动所受到的阻力（晶格阻力－－派拉力、位错运动交互作用产生的阻力）决定。

派拉力：

位错交互作用力

（a是与晶体本性、位错结构分布相关的比例系数，L是位错间距。）

2．晶粒大小和亚结构

晶粒小→晶界多（阻碍位错运动）→位错塞积→提供应力→位错开动→产生宏观塑性变形。

晶粒减小将增加位错运动阻碍的数目，减小晶粒内位错塞积群的长度，使屈服强度降低（细晶强化）。

屈服强度与晶粒大小的关系：霍尔－派奇（Hall-Petch) σs= σi+kyd-1/2 3．溶质元素

加入溶质原子→（间隙或置换型）固溶体→（溶质原子与溶剂原子半径不一样）产生晶格畸变→产生畸变应力场→与位错应力场交互运动→使位错受阻→提高屈服强度（固溶强化）。

4．第二相（弥散强化，沉淀强化）

不可变形第二相:提高位错线张力→绕过第二相→留下位错环→两质点间距变小→流变应力增大。

不可变形第二相:位错切过（产生界面能），使之与机体一起产生变形，提高了屈服强度。

弥散强化：第二相质点弥散分布在基体中起到的强化作用。

沉淀强化：第二相质点经过固溶后沉淀析出起到的强化作用。

（二）影响屈服强度的外因素

1.温度:一般的规律是温度升高，屈服强度降低。原因：派拉力属于短程力，对温度十分敏感。

2.应变速率:应变速率大，强度增加。σε,t= C1(ε)m

3．应力状态:切应力分量越大，越有利于塑性变形，屈服强度越低。

缺口效应：试样中“缺口”的存在，使得试样的应力状态发生变化，从而影响材料的力学性能的现象。

9.细晶强化能强化金属又不降低塑性。

10.韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂更加危险？韧性断裂：是断裂前产生明显宏观塑性变形的断裂

特征：断裂面一般平行于最大切应力与主应力成45度角。

断口成纤维状（塑变中微裂纹扩展和连接），灰暗色（反光能力弱）。

断口三要素：纤维区、放射区、剪切唇这三个区域的比例关系与材料韧断性能有关。

塑性好，放射线粗大

塑性差，放射线变细乃至消失。

脆性断裂：断裂前基本不发生塑性变形的，突发的断裂。

特征：断裂面与正应力垂直，断口平齐而光滑，呈放射状或结晶状。

注意：脆性断裂也产生微量塑性变形。

断面收缩率小于5％为脆性断裂，大于5％为韧性断裂。

。

第二章金属在其他静载荷下的力学性能

一、解释下列名词：

（4）布氏硬度——用钢球或硬质合金球作为压头，采用单位面积所承受的试验力计算而得的硬度。

（5）洛氏硬度——采用金刚石圆锥体或小淬火钢球作压头，以测量压痕深度所表示的硬度。

二、说明下列力学性能指标的意义

（7）HBS——压头为淬火钢球的材料的布氏硬度（8）HBW——压头为硬质合金球的材料的布氏硬度（１１）HRC——材料的洛氏硬度（１２）HV——材料的维氏硬度（１３）

。

7.说明布氏硬度、洛氏硬度与维氏硬度的实验原理和优缺点。

1、氏硬度试验的基本原理

在直径D的钢珠（淬火钢或硬质合金球）上，加一定负荷F，压入被试金属的表面，保持规定时间卸除压力，根据金属表面压痕的陷凹面积计算出应力值，以此值作为硬度值大小的计量指标。

优点：代表性全面，因为其压痕面积较大，能反映金属表面较大体积范围内各组成相综合平均的性能数据，故特别适宜于测定灰铸铁、轴承合金等具有粗大晶粒或粗大组成相的金属材料。

试验数据稳定。试验数据从小到大都可以统一起来。

缺点：钢球本身变形问题。对HB>450以上的太硬材料，因钢球变形已很显著，影响所测数据的正确性，因此不能使用。

由于压痕较大，不宜于某些表面不允许有较大压痕的成品检验，也不宜于薄件试验。

不同材料需更换压头直径和改变试验力，压痕直径的测量也较麻烦。

2、洛氏硬度的测量原理

洛氏硬度是以压痕陷凹深度作为计量硬度值的指标。

洛氏硬度试验的优缺点

洛氏硬度试验避免了布氏硬度试验所存在的缺点。它的优点是：

1)因有硬质、软质两种压头，故适于各种不同硬质材料的检验，不存在压头

变形问题；

2)压痕小，不伤工件，适用于成品检验；

3)操作迅速，立即得出数据，测试效率高。

缺点是：代表性差，用不同硬度级测得的硬度值无法统一起来，无法进行比较。

3、维氏硬度的测定原理

维氏硬度的测定原理和布氏硬度相同,也是根据单位压痕陷凹面积上承受的负荷，即应力值作为硬度值的计量指标。

维氏硬度的优缺点:1）、不存在布氏那种负荷F和压头直径D的规定条件的约束，以及压头变形问题；

2）、也不存在洛氏那种硬度值无法统一的问题；

3）、它和洛氏一样可以试验任何软硬的材料，并且比洛氏能更好地测试极薄件(或薄层)的硬度，压痕测量的精确度高，硬度值较为精确。

4）、负荷大小可任意选择。（维氏显微硬度）

唯一缺点是硬度值需通过测量对角线后才能计算(或查表)出来，因此生产效率没有洛氏硬度高。

第三章材料在冲击载荷下的力学性能

一、解释下列名词

（4）韧脆转变温度——材料呈现低温脆性的临界转变温度。

二、说明下列力学性能指标的意义

（1）AK——材料的冲击吸收功

AKV (CVN) 和AKU——V型缺口和U型缺口试样测得的冲击吸收功

五：试说明低温脆性的物理本质及其影响因素？？？